ANEXO VI - Proteção em GDs

Prévia do material em texto

Proteção em 
Sistemas com 
Geração Distribuída 
Por João Luis, Jônatas Macêdo, Pedro Iago e Tcharllys Viana 
Sumário da Apresentação 
1. Introdução 
2. Problemas da Proteção com GD 
1. Nível de corrente de falta; 
2. Alcance reduzido do relé 21; 
3. Fluxo de potência reversa e perfil de tensão; 
4. Ilhamento e religamento automático; 
3. Detecção de Ilhamento 
4. Métodos Passivos 
5. Métodos Ativos 
6. Estado da Arte 
7. Recomendações Internacionais, Guias e Padrões 
8. Novas Abordagens 
1. Proteção Adaptativa 
2. Sistema Supervisório 
 
 
 
2 
Introdução 
● Geração distribuída, descentralizada, embarcada ou dispersa 
são palavras chaves para denominar o paradigma da mudança 
nos métodos de geração de energia elétrica. 
 
● A geração distribuída (GD) pode ser definida como a geração 
de energia elétrica dentro das redes de distribuição. 
3 
Introdução 
● Características comuns entre as mais diversas redes de 
geração distribuída: 
• Em geral são de iniciativa privada; 
• São conectadas a redes de distribuição de baixa ou média 
tensão; 
• Não contribuem para o controle de tensão ou frequência*; 
• Geralmente não foram consideradas durante o 
planejamento da rede de distribuição local. 
4 
Introdução 
● A geração distribuída tem seu uso incentivado principalmente 
pela tendência global de conservação ambiental, que leva a 
energias renováveis, que são de pequena escala, 
normalmente. 
 
● No entanto, GD encontra alguns problemas, como por 
exemplo: 
• Regulação de Mercado; 
• Custos; 
• Proteção. 
5 
Problemas da Proteção com GD 
• Normalmente, sistemas de distribuição são planejados 
como redes passivas; 
• Geração distribuída torna a rede ativa; 
• Principal consequência: proteção convencional não é 
adequada; 
• Problemas: 
•Curto-circuito e nível de corrente de falta; 
•Alcance reduzido do relé 21; 
•Fluxo de potência reversa e perfil de tensão; 
•Ilhamento e religamento automático; 
 
Nível da Corrente de Falta 
 
 
 
 
 
 
 
● i é a corrente de falta em pu, múltiplos da corrente nominal. 
● Zth é a impedância Thevenin em pu da rede, ~ 0.7 p.u. 
● Problema: é necessário uma alta corrente de falta para 
sensibilizar o relé 50/51. 
Nível da Corrente de Falta 
O sistema abaixo foi simulado com e sem GD considerando uma falta 
fase-terra no barramento 8. No próximo slide: medições do relé B3 
8 
 
 
9 
Alcance reduzido do relé 21 
• Diminuição de Zth devido a presença da GD na rede; 
• Corrente de falta total para um curto circuito no ponto a da Figura 1:
 If= Inw + Idg (2) 
 
 
 
 
 
Figura 1 – Sistema de distribuição com gerador distribuído 
Alcance reduzido do relé 21 
• Dessa forma, o relé R só medirá a corrente da rede alimentada Inw; 
• Risco para altas impedâncias de faltas que podem não acionar os 
relés em tempo suficiente; 
 
 
 
 
Figura 1 – Sistema de distribuição com gerador distribuído 
Alcance reduzido do relé 21 
•O alcance do relé 21 é a máxima distância de falta que o aciona, 
para uma certa zona de impedância. 
 
•A tensão medida pelo relé R é: 
 
 
 
 
Figura 1 – Sistema de distribuição com gerador distribuído 
Alcance reduzido do relé 21 
 
Fluxo de potência reversa e perfil de tensão 
• A presença do gerador no sistema de distribuição pode ocasionar 
na mudança de direção do fluxo de potência; Fluxo de potência 
reversa ocasiona gradiente de tensão reversa; 
 
• Variação de tensão devido a entrada e saída de potência: 
 
 
 
 
Un: Tensão nominal do sistema 
Rth + jXth: Impedância equivalente da linha 
Pdg + jQdg: Potência aparente da GD 
Fluxo de potência reversa e perfil de tensão 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 2 – Perfil de tensão e gradiente no alimentador de distribuição com e sem 
contribuição do gerador G 
Questão 1) ★★ 
Explique o impacto da adição de geração distribuída na configuração dos relés 
50/51 e 21, propondo um possível ajuste dos seus parâmetros. 
16 
Ilhamento e Religamento Automático 
Ilhamento e Religamento Automático 
• Ocorrem situações críticas quando parte da rede de utilidade é 
ilhado e conecta-se uma GD, o que é referido como Perda de 
alimentação ou Perda de Rede; 
• Ilhamento intencional x Ilhamento não intencional; 
• Consequências do ilhamento: 
•Perda da QEE (Qualidade de Energia Elétrica); 
•Ameaça da segurança da equipe técnica; 
•Perda de coordenação dos dispositivos de proteção; 
•Falhas no suprimento de energia aos consumidores; 
Ilhamento e Religamento Automático 
• O que causa o ilhamento? 
•Falta na rede; 
•Manutenção sem conhecimento da GD; 
 
• Problemas existentes quando a rede de utilidade for 
automaticamente reconectado após uma curta interrupção: 
• Insucesso do religamento instantâneo; 
• Casamento de dois sistemas assíncronos; 
 
Ilhamento e Religamento Automático 
 
 
 
 
 
 
 
 
 Figura 3 – Circuito com o procedimento de religação automático 
 
 
 
Ilhamento e Religamento Automático 
 
 
21 
Tabela 1 - Impacto das GDs na proteção dos sistemas 
# Impacto Observação 
1 Mudança do fluxo da corrente de falta Fluxo de corrente não é radial com GD, há contribuições de corrente oriundas 
da GD que estão acima e/ou abaixo do ponto com falta 
2 Aumento ou Diminuição da corrente de 
falta 
Depende da topologia do sistema de operação 
3 Operação incorreta do fusível É possível que se torne ineficaz ou escape sem uma falha real 
4 Perda de Coordenação 
 
Perda de sensibilidade e seletividade como um resultado da magnitude da 
corrente de falta, direção e mudança de fluxo. 
5 Faltas indetectáveis 
 
Quando o novo nível de corrente de falta é pequeno 
6 Danos dos dispositivos de interrupção Como um resultado do aumento da corrente de falta e é maior do que a 
capacidade de interrupção dos equipamentos implementados 
7 Falta IΦ maior que a falta 3Φ 
 
Devido à GD ter maior corrente de falta IΦ 
8 Relés bidirecionais necessários 
 
Devido ao impacto de número (#) 1 
Questão 2) ★★ 
Explique o que é Ilhamento e cite, no mínimo, duas consequências 
negativas do mesmo. 
22 
Detecção de ilhamento 
• Métodos passivos 
• Sub/sobretensão 
• Sub/sobrefrequência 
• Salto vetorial 
• Taxa de variação de tensão 
• Taxa de variação de frequência 
Detecção de ilhamento 
• Métodos ativos 
• Reactive Error Export 
• Monitoramento da impedância do sistema 
• Deslocamento de frequência 
 
Métodos passivos 
• Sub/sobretensão e sub/sobrefrequência 
• Uma indicação clara de perda de fornecimento de energia é a 
presença de uma tensão muito baixa. Uma tensão muito alta 
também pode ser gerada em caso de erros no controle da 
geração. 
• Frequências fora do limite também podem indicar ilhamento. 
• Mudanças de tensão e de frequência não ocorrem 
instantaneamente, tornando esse tipo de proteção um tanto 
devagar. 
Métodos passivos 
Métodos passivos 
• Salto vetorial 
 
Métodos passivos 
• Salto vetorial 
 
Métodos passivos 
• Taxa de variação de tensão e frequência (ROCOF): 
• Observa os valores da derivada da tensão e frequência. 
• Desvantagem: sensível a outros distúrbios na rede. 
Métodos passivos 
Questão 3) ★★ 
Qual a principal desvantagem das proteções de sub/sobretensão e 
sub/sobrefrequência e quais proteções podem ser usadas para 
compensar essa desvantagem? 
31 
Métodos ativos 
• Reactive Error Export 
• Controla a corrente de excitação do gerador da GD de forma a 
gerar um valor de corrente reativa conhecido que não pode ser 
suportado a não ser que o gerador esteja conectado a rede. 
Métodos ativos 
• Monitoramento da impedância do sistema 
Métodos ativos 
• Deslocamento de frequência 
 
•Inversor ao aplicar corrente com uma frequência um pouco 
diferente da nominal. 
•A rede regula a frequência. 
•Frequência é alterada com remoção da rede. 
Grid vs gerador 
• Proteção de interligação: 
• Protege a rede. 
• Proteção do gerador: 
• Protege a GD. 
Exemplosde relés 
Estado de Arte 
 
• Proteção integrada do gerador 
 
• Relé de perda de alimentação 
 
• Easygen-100 
 
• Dispositivo de interconexão universal da General Electric 
 
Proteção integrada do gerador 
• DGP54BABA (General Eletrics Industrial Systems) 
• Funções: 
• Sub/sobretensão; 
• Sobrefrequência; 
• Perda de excitação; 
• Desbalanço de corrente; 
• Proteção diferencial; 
 
38 
Relé de perda de alimentação 
• 246-ROCL/256-ROCL (Tyco Electronics); 
• Parametrização: 
• Salto vetorial: 2º a 24º em passos de 2º; 
• Taxa de variação de frequência: 0.1 a 1Hz/s em passos de 0.05Hz/s. 
39 
 Easygen-1000 
40 
Dispositivo de interconexão universal da 
General Electric 
• Intelligent Electronic Device (IED): 
• Proteção e controle remoto. 
• Duas chaves para habilitar a GD em paralelo com o sistema. 
• Dois disjuntores para proteção de emergência. 
 
41 
Questão 4) ★★ 
Explique a diferença entre métodos passivos e ativos e cite, no 
mínimo, dois exemplos de cada caso. 
42 
Recomendações internacionais, guias e 
padrões 
• IEEE C37.95-1989 Guide for Protective Relaying of Utility-
Consumer Interconnections [ref] 
 
• IEEE 929-2000 Recommended Practice for Utility Interface of 
Photovoltaic (PV) Systems [ref] 
 
• IEEE 242-2001 Recommended Practice for Protection and 
Coordination of Industrial and Commercial Power Systems [ref] 
 
• IEEE 1547 Series of Standards for Interconnection [ref] (in 
progress) 
PRODIST – Seção 3.7 
Acesso de Micro e Minigeração Distribuída 
PRODIST – Seção 3.7 
Acesso de Micro e Minigeração Distribuída 
PRODIST – Seção 3.7 
Acesso de Micro e Minigeração Distribuída 
Novas Abordagens 
Proteção Adaptativa 
É um processamento online que modifica a resposta preferível para uma 
mudança nas condições do sistema. Um relé adaptativo pode modificar suas 
configurações, características ou função lógica, em tempo real, através de 
sinais externos manuais ou automáticos. 
Proteção Adaptativa 
● Modelamento adaptativo da impedância do sistema. 
● Coordenação adaptativa dos relés 50 e 51. 
● Cobertura adaptativa do relé 21. 
● Religamento adaptativo. 
Proteção Adaptativa - Relé de sobrecorrente 
A soma dos tempos Tii da zona primária 
de n relés é minimizada, enquanto o 
intervalo ∆T de coordenação entre as 
zonas é respeitado. 
Proteção Adaptativa - Relé de distância 
 
Por exemplo, a zona de pickup primária de um relé 21 pode ser modificada 
online de acordo com a potência alimentada por um microgerador em conexão 
T. 
Sistemas Supervisórios 
Informação 
A integração de sistemas de geração distribuída é um risco quando não há 
sistemas de aquisição de dados. 
A instalação de sistemas como o SCADA ou o SPMS pode ajudar a resolver o 
problema da entrada e saída de gerações distribuídas. 
A internet é de fácil acesso e pode ser utilizada para o propósito de supervisão 
do sistema. Entretanto, a rede pode não ser confiável. 
Sistemas Supervisórios 
 
Coordenação 
É um requerimento fundamental para a operação segura dos relés de proteção. 
Análises do sistema devem ser feitas caso por caso, para se coordenar de 
maneira apropriada os parâmetros de proteção. 
Adaptação 
É um desafio porque necessita de uma maior taxa de dados do que a 
normalmente disponível em redes de distribuição. 
 
SPMS - Medição fasorial sincronizada 
Por meio do GPS, viabiliza a sincronização das medições de grandezas 
fasoriais em instalações distantes. 
 
● Em 60 Hz, um atraso de 1 us 
implica em um erro na medição 
da fase de 0,021°. 
● Centrais de controle podem 
agregar funções do CAG e de 
controle supervisório do 
sistema. 
 
Questão 5) ★★ 
Identifique as principais dificuldades da instalação de proteção adaptativa no 
sistema de distribuição brasileiro. 
55 
Obrigado! 
57 
58 
59 
60 
Tabela 1 - Impacto das GDs na proteção dos sistemas 
# Impacto Observação 
1 Mudança do fluxo da corrente de falta Fluxo de corrente não é radial com GD, há contribuições de corrente oriundas 
da GD que estão acima e/ou abaixo do ponto com falta 
2 Aumento ou Diminuição da corrente de 
falta 
Depende da topologia do sistema de operação 
3 Operação incorreta do fusível É possível que se torne ineficaz ou escape sem uma falha real 
4 Perda de Coordenação 
 
Perda de sensibilidade e seletividade como um resultado da magnitude da 
corrente de falta, direção e mudança de fluxo. 
5 Faltas indetectáveis 
 
Quando o novo nível de corrente de falta é pequeno 
6 Danos dos dispositivos de interrupção Como um resultado do aumento da corrente de falta e é maior do que a 
capacidade de interrupção dos equipamentos implementados 
7 Falta IΦ maior que a falta 3Φ 
 
Devido à GD ter maior corrente de falta IΦ 
8 Relés bidirecionais necessários 
 
Devido ao impacto de número (#) 1